লেজার, রোবট, অ্যাকশন: এমআইটি ওয়ার্কশপ রামন স্পেকট্রোস্কোপি অন্বেষণ করে

একটি উন্নত উপাদান বিশ্লেষণ কৌশলের উপর তিন ঘন্টার কর্মশালা কি কাউকে গোয়েন্দা-বা সম্ভবত একটি শিল্প পুনরুদ্ধারকারীতে পরিণত করতে পারে?

জানুয়ারির শেষের দিকে এমআইটি’স সেন্টার ফর চিপস অ্যান্ড অ্যাটমস (সিবিএ) এ, প্রায় এক ডজন শিক্ষার্থী রামন স্পেকট্রোস্কোপির উপর একটি স্বাধীন অ্যাক্টিভিটি পিরিয়ড (আইএপি) কর্মশালার সময় এই সম্ভাবনাটি অন্বেষণ করেছিল, একটি কৌশল যা “আঙ্গুলের ছাপ” উপকরণগুলিতে লেজারের আলো ব্যবহার করে। সেশনে এমনকি সেন্সিং ইকুইপমেন্টে সজ্জিত একটি রোবোটিক কুকুর দেখানো হয়েছে, কীভাবে রাসায়নিক বিশ্লেষণ দূর থেকে করা যায় তা প্রদর্শন করে।

CBA-এর সহযোগিতায় MIT postdoc Lamyaa Almehmadi-এর নেতৃত্বে কর্মশালা, অংশগ্রহণকারীদের একটি শক্তিশালী কৌশলের সাথে পরিচয় করিয়ে দেয় যা এখন আইন প্রয়োগকারীরা এবং ওষুধ এবং বিস্ফোরক সনাক্ত করতে প্রথম প্রতিক্রিয়াশীলদের দ্বারা ব্যবহৃত হয়, মূল্যবান পাথর এবং ওষুধ কোম্পানিগুলিকে কাঁচামাল যাচাই করার জন্য এবং পণ্যের গুণমান নিশ্চিত করার জন্য রত্নবিদদের দ্বারা। সিবিএ স্নাতক গবেষক জিয়ামিং লিউ সহ-আয়োজক, বক্তৃতা প্রদান, রমন সরঞ্জাম প্রদর্শন এবং পাঠ্যক্রম এবং হ্যান্ড-অন বিক্ষোভে অবদান রাখেন।

“এটি অনেক ক্ষেত্রে উদ্ভাবনের জন্য নতুন সম্ভাবনা উন্মুক্ত করতে পারে,” বলেছেন আল-মোহাম্মাদি, পদার্থ বিজ্ঞান ও প্রকৌশল বিভাগের (DMSE) একজন বিশ্লেষণাত্মক রসায়নবিদ৷ অংশগ্রহণকারীরা মৌলিক বিষয়গুলি শেখার পরে, তিনি তাদের নতুন অ্যাপ্লিকেশন সম্পর্কে সৃজনশীলভাবে চিন্তা করার জন্য উত্সাহিত করেছিলেন: “আমার আশা হল রমন স্পেকট্রোস্কোপির সাথে এমন কিছু করার বিষয়ে ভাবতে আপনাদের সকলকে অনুপ্রাণিত করা যা আগে কেউ করেনি।”

ফিঙ্গারপ্রিন্ট উপকরণ

অংশগ্রহণকারীরা হ্যান্ডহেল্ড ডিভাইসগুলি ব্যবহার করে বিশ্লেষণের জন্য ক্লাসে আইটেম নিয়ে আসে যা লেজার লাইট শুট করে এবং এটি কীভাবে ফিরে আসে তা পরিমাপ করে। ফলস্বরূপ প্যাটার্নটি একটি আণবিক আঙ্গুলের ছাপের মতো কাজ করে, আইটেমের মধ্যে থাকা উপাদানগুলিকে চিহ্নিত করে – তা কাগজের ক্লিপ, ছালের টুকরো বা একটি মিশ্রণ বাটি হোক না কেন।

কর্মশালার অংশগ্রহণকারী সারাহ সিরিলো, DMSE-এর একজন প্রশাসনিক সহকারী যিনি সমুদ্র সৈকতে পাওয়া একটি পাথর এনেছিলেন, ফলাফল দেখে অবাক হয়েছিলেন। রমন যন্ত্রটি 39 শতাংশ সম্ভাবনার পরামর্শ দিয়েছে যে নমুনাটিতে একটি কংক্রিটের মতো পদার্থ রয়েছে, বাকি রিডিংগুলি কৃত্রিম যৌগের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ – প্রাকৃতিক এবং উত্পাদিত উপকরণগুলির মধ্যে রেখা ঝাপসা করে।

“এটি মনুষ্যসৃষ্ট – আমি অবাক হয়েছিলাম,” সিরিলো বলেছিলেন।

1928 সালে ভারতীয় বিজ্ঞানী সিভি রমন দ্বারা বিকশিত, যিনি পরে পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার জিতেছিলেন, রামন বর্ণালী বর্ণালী ছিল যুগান্তকারী কারণ এটি পদার্থগুলিকে ধ্বংস না করে অধ্যয়ন করার জন্য দৃশ্যমান আলো ব্যবহার করে, সেই সময়ে ক্রোমাটোগ্রাফি বা ভর স্পেকট্রোমেট্রির মতো অন্যান্য কৌশলগুলির তুলনায় একটি বড় সুবিধা। কিন্তু কয়েক দশক ধরে, রমন সংকেত—একটি নমুনা থেকে বিক্ষিপ্ত আলো—দুর্বল ছিল, এবং যন্ত্রগুলি বড় এবং ভারী ছিল, যার ব্যবহারিক ব্যবহার সীমিত ছিল।

লেজার, কম্পিউটিং শক্তি এবং ক্ষুদ্রাকৃতির অপটিক্সের অগ্রগতি রামন স্পেকট্রোস্কোপিকে একটি বহনযোগ্য সরঞ্জামে পরিণত করেছে। আজকের হ্যান্ডহেল্ড ডিভাইসগুলি তাত্ক্ষণিকভাবে বিশাল ডিজিটাল লাইব্রেরির সাথে একটি নমুনার আণবিক আঙ্গুলের ছাপের তুলনা করতে পারে, ব্যবহারকারীদের কয়েক সেকেন্ডে হাজার হাজার পদার্থ সনাক্ত করতে দেয়। যেহেতু এটি নমুনাকে ধ্বংস করে না, তাই রমন বিশেষভাবে উপযোগী যেখানে উপকরণ সংরক্ষণের প্রয়োজন হয়-যেমন আইন প্রয়োগকারী, যেখানে প্রমাণ অক্ষত থাকতে হবে এবং শিল্প পুনরুদ্ধার।

আলমাহদির নিজস্ব গবেষণা অত্যন্ত সংবেদনশীল সেমিকন্ডাক্টর-ভিত্তিক সেন্সর তৈরি করে রমন স্পেকট্রোস্কোপির অগ্রগতির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে যা মোবাইল রাসায়নিক বিশ্লেষণকে সক্ষম করে, চিকিৎসা ডায়াগনস্টিক থেকে ফরেনসিক এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ পর্যন্ত অ্যাপ্লিকেশন সহ।

“আপনি যেকোন উপাদান বিশ্লেষণ করতে রামন ব্যবহার করতে পারেন,” বলেছেন আল-মাহদি৷ “তাই আমি বিভিন্ন ব্যাকগ্রাউন্ডের ছাত্রদের কাছে এটি চালু করার সিদ্ধান্ত নিয়েছি।”

IAP ক্লাসগুলি MIT জুড়ে ছাত্র এবং কর্মীদের জন্য উন্মুক্ত, এবং রমন কর্মশালা সেই পরিসরকে প্রতিফলিত করেছে — প্রশাসনিক কর্মী থেকে শুরু করে স্নাতক এবং স্নাতক ছাত্র এবং DMSE, মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগ, মিডিয়া ল্যাব এবং ব্রড ইনস্টিটিউট সহ বিভাগ ও ল্যাবে পোস্টডক্স।

রোবট কুকুরের সাথে হাঁটা

কর্মশালার একটি ভিড়-আনন্দনীয় উপাদান ছিল এমআইটি কম্পিউটার সায়েন্স অ্যান্ড আর্টিফিশিয়াল ইন্টেলিজেন্স ল্যাবরেটরি (সিএসএআইএল) এর অন্তর্গত একটি রোবট কুকুরের অন্তর্ভুক্তি। প্রদর্শনটি হাইলাইট করেছে যে কীভাবে রামন প্রযুক্তি বিপজ্জনক পরিবেশে ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন অপরাধের দৃশ্য বা বিষাক্ত শিল্প সাইট।

হ্যান্ডহেল্ড ডিভাইসটি টেপ দিয়ে রোবটের সাথে সংযুক্ত ছিল, এবং এলমাহদি দেখিয়েছিলেন কিভাবে তিনি কুকুরটিকে সাদা পাউডার – বেকিং সোডা ভর্তি প্লাস্টিকের ব্যাগের দিকে নিয়ে যেতে পারেন।

কিন্তু একটি বাস্তব দৃশ্যে, “এটি বেকিং সোডা কিনা আমরা কিভাবে বলতে পারি?” সে বলে “সুতরাং আমরা শুধু আলো জ্বালিয়েছিলাম, এবং তারপর টুলটি আমাদের বলেছিল এটা কি ছিল।”

অংশগ্রহণকারীরা ফলাফল দেখতে তাদের ফোনে একটি ওয়াই-ফাই অ্যাপ এবং রোবোটিক কুকুরকে নিজেরাই পরিচালনা করার জন্য একটি ছোট রিমোট কন্ট্রোল ব্যবহার করেছিল।

“আমি রোবট কুকুর পছন্দ করতাম,” সিরিলো বলেছেন। “আমি এটিকে কিছুটা নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম হয়েছিলাম, তবে এটি চ্যালেঞ্জিং ছিল কারণ গেজটি সত্যিই সংবেদনশীল ছিল।”

DMSE-এর পোস্টডক্টরাল ফেলো মাইকেল কিচারও রোবটের প্রদর্শনের প্রশংসা করেছেন।

“আমরা এইমাত্র কুকুরের উপর ডিভাইসটি আটকেছি বিবেচনা করে – এটি আসলে কাজ করে দেখে খুব ভালো লাগল,” তিনি বলেছেন।

সামনে দেখছি

কিচার, যিনি ইলেকট্রনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য চৌম্বকীয় উপকরণ অধ্যয়ন করেন, রামন স্পেকট্রোস্কোপি সম্পর্কে আরও জানতে কর্মশালায় যোগ দেন, যা তিনি পড়েছিলেন কিন্তু কখনও ব্যবহার করেননি। তিনি এর বহুমুখিতা দ্বারা প্রভাবিত হয়েছিলেন – সৈকত পাথর এবং বেকিং সোডা ছাড়াও, ডিভাইসটি একটি কন্টাক্ট লেন্স, প্রসাধনী এবং এমনকি একটি হীরাতে পদার্থ সনাক্ত করেছে।

যদিও তার আনা একটি চকলেটের টুকরো বিশ্লেষণ করতে সমস্যা হয়েছিল – চকোলেট থেকে অন্যান্য সংকেত হস্তক্ষেপ করেছিল – কিচার তার গবেষণার জন্য শক্তিশালী সম্ভাবনা দেখেন। একটি ক্ষেত্র যা তিনি আগ্রহী তা হল অপ্রচলিত চৌম্বকীয় পদার্থ, যেমন আল্ট্রাম্যাগনেট, অস্বাভাবিক চৌম্বকীয় আচরণের সাথে যা গবেষকরা আরও শক্তি-দক্ষ ইলেকট্রনিক্সের জন্য আরও ভালভাবে বুঝতে এবং নিয়ন্ত্রণ করার আশা করেন।

“গত কয়েক বছর ধরে, লোকেরা ভালভাবে বোঝার চেষ্টা করছে কেন এই উপকরণগুলি তারা যেভাবে আচরণ করে – কীভাবে আমরা এই অস্বাভাবিক চৌম্বকীয় আদেশকে নিয়ন্ত্রণ করতে পারি,” তিনি বলেছেন। রমন স্পেকট্রোস্কোপি পদার্থের পরমাণুর কম্পন অধ্যয়ন করতে পারে, গবেষকদের স্ফটিক কাঠামোর প্যাটার্ন সনাক্ত করতে সাহায্য করে যা অস্বাভাবিক চৌম্বকীয় আচরণের অন্তর্গত। এই ওঠানামা বোঝার মাধ্যমে, বিজ্ঞানীরা অতি দ্রুত, কম-শক্তি কম্পিউটিং সক্ষম করে এমন উপাদান নকশা আইন আনলক করতে পারেন।

এই ধরনের হাতে-কলমে কর্মশালা—যা উদ্ভাবনী ভবিষ্যৎ অ্যাপ্লিকেশনকে অনুপ্রাণিত করে—আলমাহদি বলেন, এমআইটি শিক্ষার কেন্দ্রবিন্দু।

“আমি সবসময় ভালো করে শিখেছি,” সে বলে। “বক্তৃতা এবং পড়া গুরুত্বপূর্ণ, কিন্তু বাস্তব উপলব্ধি বাস্তব অভিজ্ঞতা থেকে আসে।”